复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术提出一种复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统及其仿真方法，旨在解决现有复杂配电网多时间尺度建模、仿真、以及复杂配电网仿真精度与效率方面的问题。本发明专利技术提出了复杂配电网多时间尺度数模混合仿真方案，设计了数模混合接口装置及协调机制，可以有效实现复杂配电网设备(如含复杂拓扑结构、新型控制策略等的电力电子设备)的多时间尺度实时仿真以及包含风机、光伏、燃气轮机等分布式电源、电动汽车并/离网及与配电网交互影响的多时间尺度仿真分析。该发明专利技术从能够推动新一代配电网最前沿新技术的发展，提高配电网运行控制与分析水平，从配电网规划、设计、调控运行等角度对电网生产经营、管理提供更有力、更长远、更深入的支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿真系统及其仿真方法，具体涉及一种复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统及其仿真方法。
技术介绍
近年来，随着供电需求增长及配电网技术的发展，配电网规模不断扩大、结构日益复杂，其规模大、节点多、设备杂、运行方式多的特点日益突出。同时，可再生能源并网技术、新型电力电子技术的发展迅猛；在配电网侧，大量的分布式电源、微电网、大容量充电器、储能系统等接入，配电网运行方式日益复杂，配电网结构和参数具有明显的分散性、不对称性和多元性。配电网多时间尺度仿真是提高运行和分析决策能力的有力工具。现阶段的配电网多时间尺度仿真方法主要有两种：配电网物理仿真和配电网全数字多时间尺度仿真。物理仿真是采用实际的物理真型设备或者等比例缩小的物理设备进行仿真模拟的过程，仿真结果精细、可信度高；但缺点是受限于仿真规模，周期长，硬件设备往往比较昂贵，维护和操作难度较大；配电网全数字多时间尺度仿真成本低、计算快速、耗时短，可以仿真较大规模的配电网网络，但是由于仿真对象复杂性的限制，仿真计算结果的准确性不如物理仿真；同时，由于配电网本身具有规模大、设备类型多、结构与参数不对称等特点，以及含复杂控制策略的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：所述数模混合仿真系统用于实现交流电网、直流电网、交直流混合电网的基于单一电压等级、多电压等级的多时间尺度数模混合仿真，所述数模混合仿真系统包括：数字仿真系统：用于对含分布式电源的配电网进行数模混合暂态仿真；数模混合接口装置：用于数据协调和时间一致性的同步；物理模拟电路：用于搭建复杂配电网拓扑结构；底层设计模块：用于对数字仿真系统的仿真层提供实时同步仿真技术和对数字仿真系统和数模混合接口装置提供基于FPGA的时间调整技术；所述数字仿真系统和物理模拟电路通过数模混合接口装置连接，构成环路的多时间尺度仿真系统。

【技术特征摘要】
1.一种复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：所述数模混合仿真系统用于实现交流电网、直流电网、交直流混合电网的基于单一电压等级、多电压等级的多时间尺度数模混合仿真，所述数模混合仿真系统包括：数字仿真系统：用于对含分布式电源的配电网进行数模混合暂态仿真；数模混合接口装置：用于数据协调和时间一致性的同步；物理模拟电路：用于搭建复杂配电网拓扑结构；底层设计模块：用于对数字仿真系统的仿真层提供实时同步仿真技术和对数字仿真系统和数模混合接口装置提供基于FPGA的时间调整技术；所述数字仿真系统和物理模拟电路通过数模混合接口装置连接，构成环路的多时间尺度仿真系统。2.如权利要求1所述的复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：所述数字仿真系统的设计包括：交互层设计、建模层设计和仿真层设计；所述交互层设计用于负责与用户的可视化交互，并采用建模层所建立的元件模型图形，搭建仿真电路，进行仿真元件参数设置；建模层设计用于负责仿真元件数学建模、元件的参数定义、参数估计和验证以及元件图形外观的设计；所述仿真层设计为在交互层的指令下，基于建模层所建立的仿真元件数学模型，参考相应的仿真元件参数设置，对交互层所搭建的仿真电路进行仿真计算，包括电气系统与控制系统并行计算的设计和基于FPGA的数字框架的设计。3.如权利要求1所述的复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：底层设计模块采用基于可逻辑编程的FPGA进行硬件加速数字仿真，同时采用多FPGA分区并行的方法来加速配电网系统级数字仿真速度。4.如权利要求1所述的复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：所述数模混合接口装置包括：数据采集单元：用于将模拟建模层搭建的仿真电路的电压和电流信号进行采集并传送给数字仿真系统；功率放大单元：用于实现数字仿真系统电流信号功率放大，将数字信号变为真实的电流信号参与物理模拟电路的运行；开关信号单元：用于实现数字仿真系统和物理模拟电路之间开关信号的隔离传送。5.如权利要求4所述的复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：所述数据采集单元包括依次连接的数据缓冲区，A/D数据采集器和电压调理单元；模拟仿真电路物理模拟电路的电压和电流信号经过互感器或传感器转变为低电压或低电流信号，传送到数模
\t混合接口装置，数模混合接口装置的AD数据采集器将模拟信号转变为数字信号，数模采集单元的数据缓冲区暂时缓存上述数字信号；所述功率放大单元包括依次连接的D/A数模转换器和功率放大器；首先数字仿真系统的信号通过DA数模转换器，将数字仿真系统的电流数字信号转换为模拟的电压信号，模拟的电压信号通过电流功率放大器转换为与数字量相对应的电流；所述开关信号单元采用隔离器件进行隔离，所述开关信号单元的作用为：1)将数字仿真系统的开关指令直接下发给物理模拟电路执行；2)将物理模拟电路的开关状态传送给上位机的数字部分。6.如权利要求1所述的复杂配电网多时间尺度数模混合仿真系统，其特征在于：采用基于FPGA的时间调整技术以实现数字仿真系统和物理模拟电路实时同步的目的，基于FPGA的时间调整技术为：高速FPGA记录数字仿真系统的读取信号，并根据读取信号记录数字系...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，刘科研，孟晓丽，董伟杰，李雅洁，叶学顺，刘永梅，刁赢龙，贾东梨，胡丽娟，何开元，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11